Human Gas Exchange: Definicja, diagram, proces (2024)

Ludzie i większośćZwierzątCiągle trzeba oddychać, aby przetrwać.W tym artykule omówiono, w jaki sposób ludzie oddychają i wymieniają gazy ze środowiskiem.Opracowuje także niektóre chorobyUkład oddechowy.

Układ ludzkiego systemu wymiany gazu

Tlen generujeATPWoddychanie aerobowei wytwarza dwutlenek węgla jako produkt uboczny.Dwutlenek węgla należy usunąć, ponieważ jego nagromadzenie jest toksycznekomórki.Aby optymalnie funkcjonować, ludzie muszą wchłonąć duże objętości tlenu, jednocześnie usuwając duże ilości dwutlenku węglakrew.

CzłowiekWymiana gazuwymienia dwutlenek węgla zkrewdla tlenu w powietrzu.

Wymiana gazu jest wymagana, ponieważ:

• Ciało ludzkie składa się z wielu żyjącychkomórkito ulegnieoddychanie aerobowe.
• Ludzie są organizmami endotermicznymi, co oznacza, że muszą utrzymać stałą temperaturę ciała i mieć wysokitempo metabolizmu.

W rezultacie ludzie potrzebują systemu zdolnego do skutecznego dostarczania tlenu do ciała przy jednoczesnym usuwaniu dwutlenku węgla.

Ludzki system wymiany gazu składa się z różnych narządów i struktur zlokalizowanych w jamie klatki piersiowej i jest chroniony przez klatkę piersiową.Zawierają:

• Tchawica: Tchawica jest pierwotnymi drogami oddechowymi, które łączą usta i jamę nosową z oskrzelem.P pierliny chrząstki w kształcie c, które zapobiegają zapadnięciu się tchawicy.Nabłonek nabłonka i wytwarzający śluzę linię tchawicy, zamiatającMikroorganizmyi cząsteczki pyłu z dala od płuc.

• Płuca: Ludzie mają dwa płuca.Są to narządy z wieloma klapami, które tworzą środekUkład oddechowy.

• Oskrzela: Bronchi (liczba pojedyncza: bronchus) to dwie gałęzie tchawicy do każdego płuca.Mają podobną strukturę do tchawicy i są wyłożone nabłonkiem błony śluzowej rzęskowej.Stają się węższe i ostatecznie łączą się z oskrzeliami.

• Oskrzeli: Oskrzeli to poddziały oskrzeli wyłożonych mięśniami.Mięśnie te pozwalają im kontrolować przepływ powietrza do pęcherzyków płucnych.

• ALveoli: Pochodowe są głównymi stronamiWymiana gazu.Na końcu oskrzeli są małymi powietrzem.

Mechanizm wentylacji w wymianie gazowej

Aby wymiana gazu nastąpiła skutecznie, powietrze jest ciągle przenoszone i wychodzące z płuc w procesie zwanym wentylacją lub oddychaniem.Ruch powietrza jest spowodowany zmianą ciśnienia wewnątrz płuc wywołanych ruchem przepony i mięśni międzyżebrowych (znajdujących się między żebrami).

Wentylację można podzielić na dwie fazy: inspiracja (oddychanie) i wygaśnięcie (oddychanie).

Inspiracja

Inspiracja jest aktywnym procesem, który obniża ciśnienie w płucach, powodując, że powietrze wpływa. Oto główne zdarzenia, które występują podczas inspiracji:

• Wewnętrzne mięśnie międzyżebrowe relaksują się.

• Zewnętrzne mięśnie międzyżebrowe kurczą się w celu przesuwania żeber w górę i na zewnątrz.

• Przepona kurczy i spłaszcza.

Wewnętrzne i zewnętrzne mięśnie międzyżebrowe działają w celu zwiększenia objętości wewnątrz klatki piersiowej.Prawo Boyle stwierdza, że w stałej temperaturze objętość gazu jest odwrotnie proporcjonalna do ciśnienia wywieranego przez gaz.Dlatego wzrost objętości klatki piersiowej powoduje spadek ciśnienia wewnątrz płuc.Ponieważ ciśnienie atmosferyczne jest wyższe niż ciśnienie płucne, powietrze wchodzi do płuc.

Wygaśnięcie

Ciche wygaśnięcie jest procesem pasywnym.Płuca i klatka piersiowa pasywnie wracają do swojej pierwotnej pozycji po inspiracji z powodu naturalnego odrzutu elastycznego.Wygaśnięcie staje się aktywne tylko wtedy, gdy zapotrzebowanie na wymianę gazu jest wysokie, na przykład podczas ćwiczeń lub aktywności fizycznej.Główne zdarzenia występujące podczas wygaśnięcia są następujące:

• Zewnętrzne mięśnie międzyżebrowe relaksują się.

• Wewnętrzne mięśnie międzyżebrowe kurczą się, poruszając żebra w dół i do wewnątrz.(Tylko podczas aktywnego ważności)

• Membrana rozluźnia się i wraca do kształtu kopuły.

W rezultacie objętość płuc zmniejsza się podczas wygaśnięcia, co powoduje, że ciśnienie płucne przekracza ciśnienie atmosferyczne, wypychając powietrze z płuc.

Ryc. 1 -Mechanizm skurczów mięśni podczas inspiracji i wygaśnięcia

Pomiar szybkości wentylacji płucnej

Szybkość wentylacji płucnej można zmierzyć poprzez pomnożenie objętości pływowej przez szybkość oddechu.Objętość pływów i szybkość oddechu mierzy się osobno.

• Objętość pływowa: zmierzona za pomocą respirometru.
• Szybkość oddechu: liczba oddechów na minutę.

.Szybkość wentylacji płucnejmierzy, ile powietrza przenosi się do płuc na minutę.

.objętość pływowato ilość powietrza przyjęta do płuc z każdym oddechem podczas normalnego oddychania.Objętość pływów jest zwykle mierzona przez urządzenie zwane respirometrem.

.szybkość oddechowa (oddychanie)to po prostu liczba oddechów przyjmowanych na minutę.

$PuLMoNARyv\mathrm{mi}NTILATIoNRAT\mathrm{mi}(D{M}^3.{MIN}^{-1})=TIDALvoLuM\mathrm{mi}(D{M}^3)\times R\mathrm{mi}SPIRAToRyRAT\mathrm{mi}({MIN}^{-1})$

Wymiana gazu w pęcherzykach płucnych

Pęcherzyki to małe worki w płucach, które są w bliskim kontakcie zkrew.Włókna kolageniczne i elastyny, które pozwalają powietrznemu rozciąganie i rozszerzanie się podczas oddychania, otaczają pęcherzyki.Są one wyłożone nabłonkiem warstwy jednokomórkowej (prosty nabłonek płaskonabłonkowy), który umożliwia szybką wymianę gazów między powietrzem a krwią.Pęcherzyki są otoczone gęstymi naczelnikami, które są bardzo wąskie i wyłożone pojedynczą warstwą śródbłonkakomórki.

Wymiana gazu u ludzi występuje na nabłonku płuc płuc.Powierzchnie wymiany wymagają określonych cech, aby umożliwić wydajne przenoszenie materiałów między organizmami a środowiskami, a pęcherzyki płucne nie są wyjątkiem.Te funkcje obejmują:

Cechy pęcherzyków do wydajnej wymiany gazowej

Tlen i dwutlenek węgla muszą rozpowszechniać przez ściany pęcherzykowe i kapilarne w przeciwnych kierunkach podczasWymiana gazu.

Pęcherzyki płucne mają bardzo cienkie ściany.Są one wyłożone prostym płaskonabłonkowym nabłonkiem, który ma tylko jedną komórkę..krewKapilary otaczające pęcherzyki płucne są również bardzo cienkie, a ich śródbłonek ma gęstość o jedną komórkę.Dlatego gazy muszą rozpraszać się na krótkiej odległości, zwiększając szybkość i wydajnośćWymiana gazu.

Pojedynczy pęcherzyk jest niewielki i sam ma niewielką powierzchnię.Ale wiele pęcherzyków zbiorników ma znacznie większą powierzchnię.W każdym ludzkim płucach znajduje się około 300 milionów pęcherzyków płuc${\mathrm{M}}^2$, około połowa wielkości dworu tenisowego!Pochodniki są otoczone sieciami grzywnykrewKapilary, które zbiorowo mają dużą powierzchnię.Ten rozległy powierzchnia pozwala szybko wystąpić wymiana gazu.

Stały przepływ krwi przez naczynia włosowatych pęcherzyków pęcherzykowych i ciągła wentylacja powietrza w płucach i z płuc tworzą i utrzymuje stromy gradient stężenia do wymiany gazu.Ten gradient tlenu jest od pęcherzyka do krwi, podczas gdy gradient dwutlenku węgla jest od krwi do pęcherzyków.

Funkcje te pozwalają na szybką i wydajną wymianę gazu w płucach.

Główne choroby płuc, które upośledzają ludzką wymianę gazu

Różne zaburzenia mogą wpływać na ścianę pęcherzykową lub utrudniać drogi oddechowe i zaburzyć funkcję płuc.Choroby te obejmują rak płuc, POChP, astmę i inne.

Rak płuc

Rakrozwija się, gdy mutacje zakłócają kontrolę replikacji komórek, prowadząc do nieuregulowanych podziałów komórek.Guzy w postaci płuc, gdy onkogenes lub supresor nowotworowygenyw nabłonku oskrzelowymkomórkizmutować.W rezultacie komórki te ulegają szybkiej i nieuregulowanej replikacji komórek i tworzą masę nieprawidłowych i nieregularnych komórek.

AGuz jestObrzęk ciała spowodowany nieprawidłowym wzrostem tkanki.Guzy są albo łagodne (nienowotworowe) lub złośliwe (rakowe).

Guz ostatecznie zaczyna zakłócać normalne funkcjonowanie płuc, na przykład poprzez zwężenie tętnic i żył płucnych.ZłośliwyKomórki nowotworowetakże infiltrujsystem limfatyczny.Następnie mogą podróżować w limfatyce i ustanowić kolejny guz w innej części ciała.

Możesz dowiedzieć się więcej o guzach w naszych artykułach na temat raka i guzów!

Pacjenci z rakiem płuc często mają objawy, takie jak uporczywy kaszel, kaszel krwi lub zwiększony śluz, nagłe utrata masy ciała i trudności z oddychaniem.

POC

Przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP) odnosi się do chorób płuc, które obejmująrozedma(duszność) Iprzewlekłe zapalenie oskrzeli.

Objawy POChP to duszność, ucisk klatki piersiowej, uporczywy kaszel, świszczący oddech podczas ćwiczeń lub uczestnictwa w jakiejkolwiek aktywności fizycznej.

Nabłonek rzęskowy tchawicy i oskrzeli płuc zawiera komórki kubkowe, które wytwarzają śluz.Rzęzienie zamiatają kurz i mikroorganizmy uwięzione wewnątrz śluzu w kierunku gardła i z dala od płuc u zdrowych osób.Kiedy te rzęski zostaną uszkodzone lub przestają działać, śluz buduje i powoduje zwężenie dróg oddechowych.

Ryc. 2 -Zdrowe i chore pęcherzyki płucne w płucach

Czynniki ryzyka

• Palenie - wiadomo również, że palenie zwiększa ryzyko rozwoju płucrak.

• Zanieczyszczenie powietrza.

• Genetyka(Niektóre osoby są genetycznie bardziej narażone na chorobę płuc, podczas gdy inne są mniej prawdopodobne).

• Zakażenia - częste infekcje klatki piersiowej zwiększają ryzyko rozwoju POChP.

• Zawód - (praca z szkodliwymi chemikaliami i gazami również zwiększa szanse na rozwój POChP i płucrak).

Astma

Podczas ataku na astmę mięśnie wyściełające drogi oddechowe płuc zwężają się w odpowiedzi na lęk lub obce cząstki.Powoduje to zwężenie dróg oddechowych i upośledza oddychanie.Osoby z astmą używają inhalatorów zawierających salbutamol.Te inhalatory powodują rozluźnienie mięśni dróg oddechowych, co powoduje otwarcie dróg oddechowych.

Triada czynników ryzyka zwiększa ryzyko rozwoju astmy u osoby.Ta triada nazywa sięAtopy Triad,i obejmuje:

1. Historia rodziny astmy

2. Alergie, takie jak gorączka siana

3. Wyprysk

Ryc. 3 -Lokalizacja płuc i dróg oddechowych w ciele;B: przekrój normalnych dróg oddechowych;C: przekrój dróg oddechowych podczas objawów astmy